現代醫學信號處理課程中專題研討課的初探

林 嵐 張柏雯 吳水才

北京工業大學生命科學與生物工程學院 北京 100124

生物醫學信號處理是一門涉及生物學、醫學、信息科學等多學科的交叉性課程。該課程基于生物醫學信號的特點，對生物醫學工程領域存在的問題[1]，應用信號處理的原理及算法進行解決。經過多年的發展，傳統的生物醫學信號處理已比較成熟。近年來,現代通信、信息理論和計算機技術的飛速發展，也給其在現代理論中的應用提供了廣闊的發展空間[2]。鑒于對醫學信號處理中現代化理論日益增長的需求，為滿足學科發展的需要，北京工業大學生物醫學工程系從21世紀初就開始對生物醫學工程專業研究生開設了現代醫學信號處理這一門專業基礎課程。該課程的教育已經取得了不少的成績，但也存在著一些不足。(1)由于該課程知識結構的體系具有多元化的結構，且處于學科快速發展的領域，教學內容的編排往往會落后于該領域的最新發展[3]。(2)由于該課程具有較強理論性，涉及較多數學基礎理論，學生在學習中容易產生挫敗感，從而導致學習效果不佳。因此，教師在考慮課程教學模式上必須把激發學生學習興趣、調動學生的學習主動性放在重要的地位[4]。專題研討課這種新型教學模式在一定程度上可以較好地解決這兩個問題，并促進傳統的以教師傳授知識為主的教學模式向研究型教學模式轉變。

專題研討課是一種將教學與科研相結合的新型模式，也是促進研究生創新思維的一個重要環節[5]。根據《教育部關于改進和加強研究生課程建設的意見》的目標要求，以我校獲批為教育部學術學位研究生課程建設首批試點單位為契機，為進一步構建與國際知名、高水平研究型大學相適應的高質量研究生教育，我校提出了“教育部課程建設試點—北工大研究生精品課程建設”的設想。精品課程建設的內容之一就是在為研究生開設的重要專業基礎課程中安排一定數量的專題研討課，及時反映本學科領域的最新研究成果，培養學生的研究型思維和方法，不僅有利于研究生掌握系統深入的專門知識，加強先進性和實踐性，并且有利于高層次創新人才的培養。現代醫學信號處理的課程在內容上可以分為適合傳統講授和適合研討的兩個部分，在課程內容適合研討的部分引入專題研討，可以加強師生間的互動，擺脫傳統束縛，提高教學質量[6]。

1 課堂組織形式及內容

1.1 課程基礎

幾十年來，國內外研討課的教學實踐經驗表明，小班授課利于實現師生之間和學生之間交流與互動，便于實現個性化的教育指導，有較好的教學效果[7,8]。本課程長期以來選修學生人數一直在10～20人之間，非常適合開展小班研討的模式。同時，為了保證學生學習質量和積極性，研討課一般需要有高水平且經驗豐富的教學團隊。通過幾代任課教師的持續建設和發展，我院已形成了一個生物醫學信號類課程的教學團隊。該團隊由具有較高專業學術造詣的老、中、青教師相結合組成，擁有1位北京市高等學校教學名師，1位北京工業大學優秀教師。

1.2 研討目標

研討課的教學目標是讓學生通過課堂研討，在了解學科領域前沿進展的同時，也能夠強化歸納和總結的能力。在研討過程中，教師和學生圍繞教學內容及相關問題展開研討。通過查閱、分析和歸納文獻，學生可以進一步掌握主動學習的能力；發現問題、提煉問題；逐步提出自己的見解。

1.3 研討內容與實施環節

研討課的實施是一個由教師引導，學生自主學習，師生互動的過程。每一部分研討課程所用的學時為3～6個學時不等，占總課堂教學時間比例的40%。課前，教師需擬出詳細的研討選題，學生結合興趣可以選擇教師提出的題目或自行選題。根據題目的選擇，以2～3人組成研究小組，以組為單位查閱資料，通過分析、歸納，逐步形成自己的見解。通過小組內部的大量討論，制作用于匯報的多媒體課件。學生報告與主持討論是研討課的重要組成部分。各小組推選1名學生為代表進行主題發言，在匯報的前幾天將相關資料分發給教師和同學。研討分為兩個部分，在學生和教師都認真閱讀相關資料的基礎上展開。第一部分是對學習內容進行報告；第二部分是由報告者主持的討論。根據各個小組的匯報內容，教師進行逐一點評，給出進一步改進的建議。研討課教學內容分為生物醫學信號的特征與特征提取、信號分類器與預測器的比較、心電信號分析、信號處理在神經影像中的應用及從醫學大數據到深度學習5個模塊。

2 教學成果與體會

經過一段時間的實踐，學生對這項教學模式的改革給予了正面的評價。雖然現代醫學信號處理這門課理論性比較強，但研討課的形式并沒有給學生枯燥的感覺。學生對所學課程產生了興趣，不知不覺接受了知識，自我的創新精神也得到了提升。

2.1 加強了以學生為本的教育理念 激發了學生的學習興趣

研討課在內容選擇上主要服務于本專業研究生在實際研究中的需求和遇到的問題，更注重學生能力、興趣和學習風格的培養，教師起的是促進者和推動者的作用。課堂內外的交流體現了以學生為本的核心教育理念，以師生互動為主，調動了學生的學習能動性，進一步激發了學生的創新意識。

2.2 強化了學生對于基礎理論知識的掌握

研討課的題目設計圍繞課程的教學目標和教學要求，通過相互研討，吸納他人意見和修正自己觀點，開闊了眼界，鞏固和加強了課堂教學所學中知識。

2.3 促進了教學與科研相結合的研究探索式學習

教師將自己的科學研究寓于教學內容中，提出的問題沒有標準答案，師生共同承擔起了研究者的角色，學生通過對大量閱讀和分析加工，思考如何解釋和回答問題。在主動學習和探索未知的過程中，提出創造性的問題解決方法或方案，有利于對自己研究領域的進行一個全面深入的了解，使學習更接近于研究發展的前沿領域。

2.4 團隊意識及合作精神得到提升

以小團隊協作的形式開展學習討論，建立互相啟發、互相學習的氛圍，體驗合作學習的樂趣，營造一個相互合作與信賴的和諧的外部環境，學會通過團隊協作推進今后的學習和工作。

2.5 有利于教師教學水平的提高

教師在應對學生們在研討課上可能提出的各種問題的過程中，必須不斷拓寬自己的知識面，促進了教師教學水平的提高。

3 教學中需注意的問題

由于研討課的新穎性以及課堂組織形式的特殊性，在嘗試過程中也發現存在一些問題。

(1)研討課的一個特點是它以學生為主體展開討論。由于學生提出的問題具有隨機性，教師需要對教學過程的各個具體環節進行通盤考慮，設計好情景讓學生來討論。因此，教師課程準備時間要遠多于傳統備課時間，對教師需要有更高要求。

(2)在研討課中，每個學生必須動手大量查閱資料，并要認真分析和歸納，無形中也提高了對學生的要求[9]。學生有一個適應的過程，部分學生會對這種需要自己歸納總結并討論的方式不是很習慣，表現不是很活躍，需要教師花精力引導。今后需要進一步增強學生興趣，在提高學生學習的主動性和積極性上下功夫。

4 結語

研討課作為一種不同于常規的教學組織方式，具有鮮明的教學特點和獨特的教育價值，對課堂教學方法的改革具有重要的意義。在現代醫學信號處理的研討課建設中，討論課學時不少于總學時的40%，通過較易引起學生共鳴的討論主題，引導學生提出問題，師生互動學習，注重于培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生的創新意識與創新能力[10]。總體而言，研討課目前還是一個新生事物，發展過程中還存在這樣那樣的問題。因此，需要學校、教師、學生多方的配合努力，才能充分發揮它的特點和作用，為培養更多的創新型人才和促進研究生教育的發展發揮更大的效益。

參考文獻

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